DE2130025B1

DE2130025B1 - Method for determining the surface roughness, especially of road pavements

Info

Publication number: DE2130025B1
Application number: DE19712130025D
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Schulz Hellmut Hans; Gerold Dipl-Ing Kluge
Original assignee: Nordlabor fur Bautechnis GmbH
Current assignee: Nordlabor fur Bautechnis GmbH
Priority date: 1971-06-18
Filing date: 1971-06-18
Publication date: 1972-05-25

Description

Ferner ist es bekannt (deutsche Patentschriften 738 124 und 837468 und J. Per t h e n, »Prüfen und Messen der Oberflächengestalt«, 1949), die Oberflächenrauhigkeit von Flächen auf kapazitivem Wege zu bestimmen. Hierzu wird der zu bestimmenden Oberfläche eine Kondensatorplatte gegenübergestellt, die mit einem dielektrischen Belag überzogen ist. Diese Kondensatorplatte kann dann direkt auf die Oberfläche gelegt werden. Der günstigste mittlere Abstand der Kondensatorplatte entspricht etwa der mittleren Rauhtiefe der zu vermessenden Oberfläche. It is also known (German patents 738 124 and 837468 and J. Per t h e n, "Checking and measuring the surface shape", 1949), the surface roughness to determine areas in a capacitive way. To do this, the surface to be determined juxtaposed with a capacitor plate covered with a dielectric coating is. This capacitor plate can then be placed directly on the surface. The most favorable mean distance between the capacitor plate corresponds roughly to the mean one Roughness depth of the surface to be measured.

Dieses Verfahren eignet sich hervorragend zur Be- This method is ideal for loading

stimmung der Rauhigkeit hochgenauer, beispielsweise polierter Metallflächen, also von Flächen mit sehr geringer Rauhigkeit. Bei Flächen mit grober Oberfläche oder bei unebenen und verschmutzten Flächen ist diese Meßmethode nicht anwendbar. Insbesondere kommt sie daher zur Bestimmung der Oberflächenrauhigkeit von Straßenbelägen nicht in Frage.tuning of the roughness of highly precise, e.g. polished metal surfaces, i.e. surfaces with very little roughness. For areas with a rough surface or this measuring method cannot be used for uneven and dirty surfaces. In particular, it is used to determine the surface roughness of road surfaces out of the question.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, die auch unter den auf Straßen und Straßenbaustellen herrschenden rauhen Betriebsbedingungen eine schnelle und genaue Ermittlung von Meßwerten zur Bestimmung eines für die Rauhigkeit charakteristischen Maßes gewährleisten. The object of the invention is to provide a method and a device to carry out this procedure to create, even among those on roads and Road construction sites prevailing harsh operating conditions fast and accurate Determination of measured values to determine a characteristic of the roughness Ensure measure.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der mittlere Abstand der mit drei Beinen auf der zu vermessenden Oberfläche stehenden ebenen Platte zu dieser Oberfläche in mehreren Stellungen der Platte bestimmt wird und daß als Maß für die Rauhigkeit die Standardabweichung aller mittleren Abstände in den einzelnen Stellungen vom arithmetischen Mittelwert aller Stellungen gebildet wird.This object is achieved according to the invention in that the mean distance between the flat plate standing with three legs on the surface to be measured and this surface is determined in several positions of the plate and that the standard deviation as a measure of the roughness of all mean distances in the individual positions is formed from the arithmetic mean of all positions.

Bei Verschiebung der Platte gegenüber der zu vermessenden Oberfläche kommen die drei Beine, auf denen diese Platte ruht, an immer wieder anderen Stellen der Oberfläche zum Aufstand, und die Platte wird infolge der Rauhigkeit des Untergrundes gegenüber einer früheren Stellung verkippt und im Mittel angehoben bzw. abgesenkt. Bei verschiedenen Stellungen der Platte gegenüber der zu vermessenden Oberfläche befindet sich die Platte also gegenüber der Oberfläche in verschiedenen mittleren Abständen. In mehreren Stellungen können diese verschiedenen mittleren Abstände der Platte gegenüber der Oberfläche bestimmt werden, deren Standardabweichung vom Mittelwert sich als gut brauchbares Maß für die Rauhigkeit erwiesen hat. When the plate is displaced in relation to the surface to be measured the three legs on which this plate rests come in different places the surface rises, and the plate becomes as a result of the roughness of the subsurface tilted compared to an earlier position and raised or lowered on average. At different positions of the plate in relation to the surface to be measured the plate is therefore in different mean areas in relation to the surface Intervals. In several positions, these can have different mean distances of the plate against the surface, the standard deviation of which is from Mean value has proven to be a useful measure of the roughness.

Vorteilhaft wird die Platte zur Erzielung verschiedener Stellungen um ihre Mittelachse gedreht. Auf diene Weise wird die Rauhigkeit der Oberfläche nur auf einem Flächenstück bestimmt, so daß auch Straßenoberflächen mit örtlich wechselnder Rauhigkeit vermessen werden können. The plate is advantageous for achieving different positions rotated around its central axis. In this way the roughness of the surface becomes only determined on a patch, so that road surfaces with local changing roughness can be measured.

Vorteilhaft wird der mittlere Abstand durch Messung der Kapazität der ebenen Platte gegenüber der leitend gemachten, zu vermessenden Oberfläche bestimmt. Auf diese Weise ergibt sich ein besonders einfaches und schnelles Verfahren zur Bestimmung des mittleren Abstandes. Der mittlere Abstand läßt sich aus dem gemessenen Kapazitätswert sehr schnell ermitteln, da dieser bei kleinem Abstand der ebenen Platte von der Oberfläche dem Abstand umgekehrt proportional ist. The mean distance is advantageous by measuring the capacitance the flat plate with respect to the conductive surface to be measured. This results in a particularly simple and quick method for Determination of the mean distance. The mean distance can be derived from the measured Determine the capacitance value very quickly because it is at a small distance between the levels Plate from the surface is inversely proportional to the distance.

Vorteilhaft ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplatte elektrisch isoliert fest unterhalb eines kappenförmigen Metallteiles angeordnet ist, welches die Metallplatte oben und seitlich umfaßt und mit seinem unteren Rand auf den drei elektrisch leitenden Beinen ruht. Das kappenförmige Metallteil ist über die drei Beine elektrisch leitend mit der zu vermessen den, leitfähig gemachten Oberfläche verbunden und bildet mit dieser zusammen die Gegenelektrode zur ebenen Platte. Die so geschaffene Vorrichtung zeichnet sich durch kompakten Aufbau und infolge des stabilen Aufbaues durch sehr gute Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse aus. A device for carrying out the process according to the invention is advantageous Method characterized in that the metal plate is electrically insulated is arranged below a cap-shaped metal part, which the metal plate embraced at the top and sides and with its lower edge on the three electrically conductive ones Legs resting. The cap-shaped metal part is electrically conductive via the three legs with connected to the surface to be measured and made conductive this together the counter electrode to the flat plate. The device thus created is characterized by its compact structure and, due to its stable structure, by very good reproducibility of the measurement results.

Vorteilhaft ist die Vorrichtung weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß das kappenförmige Metallteil kreisförmigen Umfang hat und drehbar in einem fest auf der zu vermessenden Oberfläche liegenden Kreisring geführt ist. Hierdurch wird erreicht, daß beim Drehen der Vorrichtung der Mittelpunkt festgehalten wird. The device is advantageously further characterized in that that the cap-shaped metal part has a circular circumference and is rotatable in a fixed manner is performed on the surface to be measured lying circular ring. This will achieves that the center point is held when the device is rotated.

Vorteilhaft ist die Vorrichtung weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß die Beine Aufstandsspitzen mit gegenüber den Unebenheiten der zu vermessenden Oberfläche kleinem Spitzenradius aufweisen. Auf Grund dieser Ausbildung können sich die Beine sehr genau der Oberfläche einfügen, so daß die von den Spitzen eingenommenen Höhen stets den örtlichen Profilhöhen der rauhen Oberfläche entsprechen. The device is advantageously further characterized in that that the legs have points of contact with the bumps to be measured Have a surface with a small tip radius. On the basis of this training you can the legs fit very closely to the surface so that those occupied by the tips Heights always correspond to the local profile heights of the rough surface.

In der Zeichnung ist die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielsweise und schematisch dargestellt. In the drawing, the device for performing the inventive Procedure for example and shown schematically.

In der Zeichnung ist ein Straßenbelag 1 mit seiner rauhen Oberfläche 2 dargestellt. Auf den Straßenbelag ist ein Ring 3 aufgelegt, dessen kreisförmige Öffnung von einer senkrechten Innenwand 4 gebildet wird. In the drawing is a road surface 1 with its rough surface 2 shown. A ring 3 is placed on the road surface, its circular Opening is formed by a vertical inner wall 4.

Diese Innenwand 4 ist von solcher Höhe, daß sie mit Sicherheit die Zentrierung eines im Ring auf die Straßenoberfläche gestellten kappenförmigen Metallteiles 5 bewirkt, das von kreisförmigem Umfang ist.This inner wall 4 is of such a height that they with security Centering of a cap-shaped metal part placed in the ring on the road surface 5 causes which is of circular circumference.

Das Metallteil 5 besitzt an seinem kreisförmigen Umfang einen Rand 6, in dem drei senkrechte Gewindebohrungen über den Umfang verteilt angeordnet sind. In diese Gewindebohrungen sind Schrauben 7 eingeschraubt, die mit Spitzen 8 auf der Oberfläche des Straßenbelages stehen. The metal part 5 has an edge on its circular periphery 6, in which three vertical threaded bores are arranged distributed over the circumference. Screws 7 with tips 8 are screwed into these threaded holes the surface of the road surface.

Das Metallteil 5 ist von kappenförmiger Gestalt und umschließt in seinem inneren Hohlraum9 eine ebene Metallplatte 10, deren untere Fläche mit der unteren Fläche des Randteiles 6 des Metallteiles in einer Ebene liegt. Zwischen Metallplatte 10 und MetallteilS befindet sich ein Isolierringll, der für elektrische Isolation und mechanisch feste Verbindung beider Teile sorgt. The metal part 5 is cap-shaped and encloses in its inner cavity 9 a flat metal plate 10, the lower surface of which with the lower surface of the edge part 6 of the metal part lies in a plane. Between Metal plate 10 and metal part S is an Isolierringll, which is for electrical Isolation and mechanically strong connection of both parts ensures.

In der Mitte des Metallteilse 5 befindet sich eine Bohrung 12, durch die ein elektrisch leitender Stab 13, der mit der Metallplatte 10 verbunden ist, hindurchragt. Über der Bohrung 12 ist ein Koaxialstecker 14 angeordnet. Der Mittelleiter des Koaxialsteckers ist mit dem Stab 13 und daher mit der Metallplatte 10 verbunden, während der Außenleiter mit dem Metallteil 5 elektrisch verbunden ist. In the middle of the metal part 5 is a hole 12 through which is an electrically conductive rod 13 which is connected to the metal plate 10, protrudes. A coaxial plug 14 is arranged above the bore 12. The middle conductor of the coaxial connector is connected to the rod 13 and therefore to the metal plate 10, while the outer conductor is electrically connected to the metal part 5.

Metallteil 5 und Metallplatte 10 bilden also einen Kondensator, dessen Kapazität durch Anschluß eines Koaxialkabels am Koaxialstecker 14 mittels eines üblichen Meßgerätes bestimmt werden kann. Metal part 5 and metal plate 10 thus form a capacitor, its Capacity by connecting a coaxial cable to the coaxial plug 14 by means of a usual measuring device can be determined.

Die Kapazität dieses Kondensators kann vergrößert werden, wenn das Metallteil 5 mit seinen drei als Schrauben 7 ausgebildeten Beinen auf einer elektrisch leitenden Unterlage steht, die über die aus leitendem Material bestehenden Schrauben 7 mit dem Metallteil 5 elektrisch verbunden ist. Der Metallplatte 10 liegen dann auf beiden Seiten Gegenelektroden gegenüber. Bei dem erfindungsgemäßen Meßverfahren dient als unterhalb der Metallplatte 10 liegende Kondensatorplatte die Oberfläche 2 des Straßenbelages, die beispielsweise durch Aufsprühen eines Graphitfilmes elektrisch leitend gemacht ist. The capacity of this capacitor can be increased if that Metal part 5 with its three legs designed as screws 7 on an electrical conductive pad stands over the screws made of conductive material 7 is electrically connected to the metal part 5. The metal plate 10 are then opposite electrodes on both sides. In the measuring method according to the invention serves as the capacitor plate lying below the metal plate 10, the surface 2 of the pavement that for example by spraying one on Graphite film is made electrically conductive.

Als variable Größe geht in die Kapazität der Gesamtmeßanordnung nur der mittlere Abstand zwischen der Metallplatte 10 und der Oberfläche 2 ein. Aus dem gemessenen Kapazitätswert läßt sich daher auf einfache Weise der mittlere Abstand zwischen der Unterseite der Meßanordnung und der Oberfläche 2 des Straßenbelages bestimmen. The capacity of the overall measuring arrangement only goes as a variable variable the mean distance between the metal plate 10 and the surface 2. the end The mean distance can therefore be calculated in a simple manner from the measured capacitance value between the underside of the measuring arrangement and the surface 2 of the road surface determine.

Der Ablauf einer Messung nach dem Verfahren gemäß der Erfindung ist der folgende: Zunächst wird das in seiner Rauhigkeit zu bestimmende Oberflächenstück mit einem Graphitfilm versehen, wodurch die Oberfläche 2 des Straßenbelages leitend gemacht wird. The sequence of a measurement according to the method according to the invention is the following: First of all, the surface piece to be determined in terms of its roughness provided with a graphite film, whereby the surface 2 of the road surface conductive is made.

Dann wird der Ring 3 auf die Oberfläche gelegt und in geeigneter Weise fixiert, so daß er sich während der Meßvorgänge nicht verschieben kann.Then the ring 3 is placed on the surface and in a suitable manner fixed so that it cannot move during the measurement process.

Die aus Metallteil 5 und ebener Platte 10 bestehende Meßanordnung wird mit den Spitzen 8 der Schrauben7 innerhalb des Ringes 3 auf die Oberfläche 2 des Straßenbelages gestellt. Die Schrauben 7 werden nun in ihrer Länge so eingestellt, daß der mittlere Abstand zwischen der Unterseite der ebenen Platte 10 und der Oberfläche 2 möglichst klein ist, daß aber andererseits keine Berührung zwischen den oberen Spitzen der Oberfläche und der Metallplatte stattfindet. The measuring arrangement consisting of metal part 5 and flat plate 10 is with the tips 8 of the screws 7 inside the ring 3 on the surface 2 of the road surface. The length of the screws 7 is now adjusted so that that is the mean distance between the underside of the flat plate 10 and the surface 2 is as small as possible, but that on the other hand no contact between the upper ones Tips of the surface and the metal plate takes place.

Nun werden in verschiedenen gleichmäßig über den Winkel von 360" verteilten Winkelstellungen die zu diesen n Stellungen gehörenden Kapazitätswerte gemessen und aus ihnen die mittleren Abstände Mi in den einzelnen Stellungen bestimmt. Der arithmetische Mittelwert M aller dieser n Messungen wird gebildet und mit diesem die Standardabweichung bestimmt.Now the capacitance values belonging to these n positions are measured in various angular positions evenly distributed over an angle of 360 "and the mean distances Mi in the individual positions are determined from them. The arithmetic mean M of all these n measurements is formed and with this the standard deviation certainly.

Es hat sich gezeigt, daß die Standardabweichung, die aus den Einzelmessungen sehr schnell und ohne großen mathematischen Aufwand ermittelt werden kann, ein sehr gutes Maß für die Rauhigkeit der Oberfläche darstellt. It has been shown that the standard deviation resulting from the individual measurements can be determined very quickly and without great mathematical effort, a very represents a good measure of the roughness of the surface.

Die Zweckmäßigkeit des Verfahrens sowie die einfache Handhabung der robusten Apparatur für die Durchführung des Verfahrens zur zerstörungsfreien Messung der Oberflächenrauhigkeit ist wegen der so ermittelten neuen Meßwerte geeignet, dynamische Oberflächenvorgänge der Deckschichten von Straßenbelägen unter der Verkehrslast erkennen zu lassen. The expediency of the procedure as well as the ease of use of the robust apparatus for carrying out the method for non-destructive measurement the surface roughness is suitable because of the new measured values determined in this way, dynamic surface processes of the surface layers of road surfaces under the traffic load to reveal.

Dadurch werden dem Straßenbau Kennwerte gegeben, die eine konstruktive, verkehrsgerechte Verbesserung ermöglichen.As a result, road construction is given characteristic values that provide a constructive, Enable traffic-appropriate improvement.

Claims

Claims: 1. A method for determining the surface roughness, in particular of road surfaces, by determining the mean distance between a flat plate standing on the surface to be measured and this surface, since durchge -kennz ei chnet that the mean distance between the three legs (7) on the To be measured surface (2) standing flat plate (10) is determined to this surface in several (n) positions of the plate and that the standard deviation as a measure of the roughness of all mean distances (Mi) in the individual positions (1) is formed from the arithmetic mean (ÃZ) of all (n) positions.

2. The method according to claim 1, characterized in that the plate (10) is rotated around its central axis to achieve different positions.

3. The method according to claim 1, characterized in that the middle Distance by measuring the capacitance of the flat plate (10) compared to the conductive one made surface to be measured (2) is determined.

4. Apparatus for performing the method according to claim 3, characterized characterized in that the metal plate (10) is electrically insulated firmly below a cap-shaped metal part (5) is arranged, which the metal plate (10) above and laterally encompassed and with its lower edge (6) on three electrically conductive Legs (7) resting on the surface to be measured (2).

5. Apparatus according to claim 4 for performing the method according to Claim 2, characterized in that the cap-shaped metal part (5) is circular Has circumference and rotatable in a fixed position on the surface to be measured (2) Annular ring (3) is guided.

6. Apparatus according to claim 4, characterized in that the legs (7) Contact points (8) with opposite the unevenness of the surface to be measured (2) have a small tip radius.

The invention relates to a method for determining the surface roughness in particular from road surfaces by determining the mean distance on the surface to be measured standing flat plate to this surface.

The determination of the surface roughness especially of bituminous Road surfaces and concrete pavements are gaining in terms of that lately increasing traffic load and increasing damage to road surfaces, which is caused by road salt and the use of studded tires in winter are becoming increasingly important.

The surfaces of the pavement are changed by the above specified loads and, in the case of bituminous road surfaces, also by the in the Different temperatures occurring in characteristic over the course of a year Way, the surface roughness being used as a measure of these changes can be. In the case of new ceilings, road traffic initially removes them the mortar component, which gradually exposes the coarser grit grains will. This manifests itself in an increasing roughness of the surface.

With regard to bituminous road surfaces, it can also be used at higher Outside temperatures and with the appropriate composition of the bituminous mix a regeneration of the surface under the flexing stress of traffic occur through rearrangement of the mineral mass, which results in a certain reduction which makes surface roughness noticeable.

So it is important to monitor the development of the surface roughness of the Road surface over a longer period of time to track both an outcrop about the wear and tear as well as the traffic-friendly condition of the laid To maintain the road surface.

The methods used up to now did not allow any reliable conclusions to be drawn the roughness. For example, by pouring fine sand on the Surface, by subsequent smoothing to the level of the highest peak of the covering and by subsequent determination of the on a certain surface A rough estimate of the roughness is carried out due to the resulting sand volume. the The difficulty with this method was, however, from the measured volume of sand gain usable size characteristic of the surface roughness.

From other technical fields, such as investigation of bearings in mechanical engineering, methods are known which, for. B. for measuring Wear grooves in bearing shells are used. This is done with a fine tip Profile transverse to the direction of the grooves, d. H. in only one direction, scanned and recorded in a curve after sufficient amplification of the stroke. One such However, the method requires a device constructed with the highest precision not for the rough operation that is unavoidable when taking measurements on the road suitable is.

In addition, it is difficult to make statements using this method about the roughness of surfaces. (Literature: G. Schlesinger: »Measurement the surface quality », Springer-Verlag, 1951.) In this case the one to be measured would have to be Area to be traveled in several directions, so with many measurements, -what with such a complicated device is extremely tedious. In addition, it also results with this method the difficulty of finding a useful curve from the measured curves Measure for the roughness to be derived mathematically.